環(huán)保展指出，揮發(fā)性有機化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）廣泛存在于工業(yè)廢氣中，包括石油化工、噴漆、印刷和制藥等行業(yè)。VOCs不僅對環(huán)境構成威脅，還可能對人體健康產(chǎn)生負面影響。因此，有效地控制和處理VOCs排放至關(guān)重要。在眾多控制技術(shù)中，分子篩因其高效性和穩定性，廣泛應運在VOCs治理領(lǐng)域。

 

 

 

分子篩是一類(lèi)具有均勻微孔，主要由硅、鋁、氧及其它（專(zhuān)業(yè)各類(lèi)VOCs治理RTO、RCO、CO、冷凝器、噴淋塔、活性炭/樹(shù)脂/沸石吸脫附等設備廠(chǎng)家：樊13141458653微信同）一些金屬陽(yáng)離子構成的吸附劑或薄膜類(lèi)物質(zhì)，其孔道的直徑在分子尺度上，使得分子篩可以根據分子的大小進(jìn)行選擇性吸附。沸石分子篩是指那些具有分子篩作用的天然及人工合成的晶態(tài)硅鋁酸鹽。沸石分子篩晶體具有吸附性、可交換性等諸多優(yōu)良性能，在VOCs治理中也有廣泛的應用。

 

 

 

一、分子篩與活性炭的比較

 

 

 

1.分子篩的基本特性及應用

 

環(huán)保展指出，分子篩對某些特定尺寸的VOC分子有較高的選擇性，這使得它在需要針對性去除特定組分的應用中表現優(yōu)異。分子篩的主要優(yōu)點(diǎn)包括：

 

高選擇性：能夠針對特定大小的分子進(jìn)行吸附，尤其適用于分子大小差異顯著(zhù)的混合物。

 

高熱穩定性和化學(xué)穩定性：可以在較高的溫度下使用，適合于熱再生。

 

可重復使用：經(jīng)過(guò)適當的再生處理，可以多次使用，延長(cháng)其使用壽命。

 

2.活性炭的基本特性及應用

 

活性炭是一種被廣泛使用的吸附材料，以其高比表面積和多孔結構而著(zhù)稱(chēng)。它對各種類(lèi)型的VOCs均有較好的吸附效果?；钚蕴康闹饕獌?yōu)點(diǎn)包括：

 

廣泛的吸附能力：能夠吸附多種化學(xué)物質(zhì)，尤其是極性和非極性有機物。

 

成本相對較低：在眾多吸附材料中，活性炭的成本相對較低，使得其在工業(yè)應用中更經(jīng)濟。

 

易于獲得：活性炭的來(lái)源廣泛，制備技術(shù)成熟。

 

3.比較分析

 

（1）選擇性：

 

分子篩：對特定分子有更高的選擇性，適用于需要針對特定VOCs成分的場(chǎng)合。

 

活性炭：吸附范圍廣，但缺乏選擇性，可能導致非目標氣體也被吸附，影響吸附效率。

 

（2）再生與耐用性：

 

分子篩：能夠在較高溫度下進(jìn)行再生，且不易受到熱分解影響。

 

活性炭：再生時(shí)容易造成孔結構損壞，導致吸附能力下降。

 

（3）成本考量：

 

分子篩：初始成本較高，但由于其高效的再生能力和長(cháng)期的穩定性，分子篩不需要經(jīng)常更換，使用成本低，維護成本低，長(cháng)期成本可能較低。

 

活性炭：初始成本較低，但頻繁更換和再生的成本可能較高。

 

4.應用選擇

 

環(huán)保展說(shuō)明，選擇分子篩還是活性炭主要取決于處理需求和經(jīng)濟考慮。對于需要高選擇性和可以承受較高初期投資的場(chǎng)合，分子篩是更好的選擇。而對于處理范圍廣泛的VOCs且預算有限的情況，活性炭可能更為合適。在實(shí)際應用中，這兩種材料有時(shí)也會(huì )被結合使用，以利用各自的優(yōu)點(diǎn)，達到最佳的處理效果。

 

二、沸石分子篩在VOCs治理領(lǐng)域的應用

 

沸石分子篩在VOCs治理中，主要以盤(pán)式轉輪、筒式轉輪和固定床分子篩的形式進(jìn)行應用。

 

1盤(pán)式轉輪

 

盤(pán)式沸石轉輪結構分區為吸附區、再生區及冷卻區三個(gè)部分，一般都是按10:1:1的分區比例。

 

 

 

（1）吸附區：

 

廢氣迎風(fēng)面，一般風(fēng)速控制在2-4Nm/s，凈化效率一般在90-97%，凈化氣進(jìn)入煙囪。

 

（2）冷卻區：

 

一般采用制程氣進(jìn)行冷卻，一方面降低了冷卻區沸石的溫度，使得其具有吸附性，另外也順利實(shí)現了熱能回收。

 

（3）脫附區：

 

將經(jīng)過(guò)熱回收的氣體，再進(jìn)行加熱溫度到200℃左右，進(jìn)入脫附區進(jìn)行冷卻。脫附再生的風(fēng)量一般是進(jìn)氣的10-20倍。當進(jìn)行高溫再生，最高溫度可達到300℃左右，需要在設計時(shí)選擇高溫再生型轉輪。

 

（4）常見(jiàn)沸石轉輪不適用處理的物質(zhì)

 

在分子篩轉輪上易發(fā)生聚合反應的烯烴類(lèi)物質(zhì)、有機硅氧烷、沸點(diǎn)超高260℃以上的大分子物質(zhì)等，可能會(huì )對轉輪造成永久性損壞。按無(wú)法處理的物質(zhì)成分、不允許進(jìn)入轉輪的物質(zhì)和限制進(jìn)入轉輪的物質(zhì)劃分如下表所示。

 

表1 轉輪無(wú)法處理的物質(zhì)成分

 

 

 

表2 不允許進(jìn)入轉輪的物質(zhì)

 

 

 

表3限制進(jìn)入轉輪的物質(zhì)

 

 

 

基材及沸石晶體結構的破壞是不可逆，聚合物導致通氣道堵塞基材及沸石晶體結構的破壞是不可逆，聚合物導致通氣道堵塞可逆的。高沸點(diǎn)物質(zhì)殘留導致的石通氣道堵塞是可逆，特定離線(xiàn)活化工藝可恢復原始性能的80-90%。

 

我們再按照這個(gè)標準再劃分總結，如下： 

 

 

 

（5）沸石轉輪技術(shù)存在的問(wèn)題與不足

 

A.轉輪技術(shù)存在的問(wèn)題

 

轉輪并不是對所有的氣體都能處理。

 

對一些不易處理的廢氣，如易聚合的烯烴、炔烴組分（脫附時(shí)容易聚合堵塞）、苯乙烯、涂裝行業(yè)UV漆的聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯等，沸石就顯得無(wú)能為力。

 

轉輪對廢氣的濃縮能力與自身的吸附容量有關(guān)。

 

通常所說(shuō)“轉輪對廢氣能濃縮20~40倍”，只是個(gè)概念問(wèn)題。如果廢氣濃度本來(lái)就很低，不要說(shuō)濃縮到40倍，就是50倍60倍都是有可能的。如果廢氣濃度高，比如1000mg/m³，那恐怕連10倍的濃縮比也達不到。

 

任何一種吸附裝置都有吸附周期的問(wèn)題。

 

也就是說(shuō)，任何一個(gè)吸附裝置都有破點(diǎn)的問(wèn)題，如果吸附操作中在即將達到破點(diǎn)時(shí)才切換，當運行不穩定時(shí)，就很容易超標；但是如果在距離破點(diǎn)還有較長(cháng)的時(shí)間就提前切換，就不會(huì )超標。所以，一般轉輪設定的吸附時(shí)間都會(huì )比達到破點(diǎn)的時(shí)間要短得多，因而很容易做到達標排放。

 

廢氣通過(guò)床層的風(fēng)速是由它的停留時(shí)間決定的，對濃度較稀的廢氣，可以采用較大的風(fēng)速。設計人員在設計轉輪風(fēng)速時(shí)，要根據氣體的濃度進(jìn)行選擇。由于采用轉輪處理的廢氣濃度一般都較低，所以可以采用較大的風(fēng)速。但轉輪的風(fēng)速不是隨意提升的，也必須考慮阻力問(wèn)題。因此，轉輪的吸附層厚度最大也不會(huì )超過(guò)500mm。

 

此外轉輪還存在以下不足：

 

i.從結構上看，轉輪屬移動(dòng)床在運行時(shí)會(huì )將處理系統內所有部分都旋轉起來(lái)，這就導致運行時(shí)的能耗會(huì )增加；把用于氣流切換的閥門(mén)變成了與吸附單元硬摩擦的密封件，并將這些密封件固定在不同的位置，用于和旋轉的每個(gè)吸附單元進(jìn)行接觸，以實(shí)現氣體的切換。這無(wú)疑會(huì )增加設備制造的難度。尤其是密封件，國內很少生產(chǎn)，基本依賴(lài)進(jìn)口。

 

ii.不少轉輪的脫附都是采用高溫（180℃~200℃）脫附，這不僅造成了能源浪費，也不利于資源回收。即使為了與后續的催化燃燒相銜接，也沒(méi)必要采用高溫去脫附?？梢圆捎玫蜏孛摳胶髮γ摳綒庠偌訜?，這樣就能實(shí)現節能。因為此時(shí)省去了對整個(gè)吸附系統加熱的能量，同時(shí)采用較低的溫度脫附，也省去了對床層進(jìn)行冷卻的能量（對于含氯的揮發(fā)性有機物，在采用轉輪濃縮進(jìn)行處理后，不可再進(jìn)行催化燃燒，因為那樣將會(huì )產(chǎn)生毒性更強的光氣或二英）。

 

iii.部分研究認為，由于沸石轉輪的脫附比熱相對較低的空氣或工業(yè)氮氣作為脫附介質(zhì)，必須依靠脫附才能確保較高的再生效率。但這種觀(guān)點(diǎn)是基于“溫度越高脫附效果越好”的錯誤脫附規律的認識。實(shí)際生產(chǎn)中，脫附效率與脫附溫度并不存在一定的正相關(guān)，即不同的吸附質(zhì)均存在對應的理想脫附溫度，而這一溫度點(diǎn)與吸附質(zhì)的沸點(diǎn)并不存在直接關(guān)聯(lián)。

 

2筒式轉輪

 

筒式沸石轉輪除了材料加工上的差異，從結構上和盤(pán)式有很大的區別，利用模塊化沸石材料填充成筒狀結構，來(lái)實(shí)現VOCs的吸附濃縮。結構分區上沒(méi)有了盤(pán)式的冷卻區，當濃縮倍率一樣的話(huà)，其脫附能耗高于盤(pán)式轉輪。筒式轉輪的濃縮倍率最高可以做到50倍，濃縮倍率越高其搭配的燃燒裝置或其他就規格越小，其模塊化沸石便于安裝和維護也是設備的一大特點(diǎn)。

 

 

 

3固定床沸石分子篩

 

不論筒式轉輪或盤(pán)式轉輪，其應用場(chǎng)景都要求工況具有連續性。因此在固定床活性炭發(fā)展的基礎上，通過(guò)改變吸附材料，形成了固定床的蜂窩沸石分子篩吸附床。

 

由于沸石分子篩的特性，其動(dòng)態(tài)吸附容量遠小于活性炭，且脫附溫度高（250℃左右）。采用固定床系統對閥門(mén)的氣密性、固定床的保溫、脫附溫升的控制等方面都加大了系統復雜。固定床沸石系統的應用，還需要積累經(jīng)驗和優(yōu)化難點(diǎn)解決方案。

 

 

 

沸石固定床與其他吸附劑的對比表：

 

 

 

難以吸附的物質(zhì)：甲醇、環(huán)己烷、甲醛、乙醛、二氯甲烷、戊烷等。

 

難脫附的物質(zhì)：油霧、焦油、漆霧、丙烯啨、丁二烯、苯乙烯和其他超過(guò)200℃的高沸點(diǎn)物質(zhì)。

 

導致沸石分子篩失效物質(zhì)：酸性堿性物質(zhì)；易于分解的鹵代烴有機物。

 

導致沸石孔道堵塞的物質(zhì)：銨鹽、碳酸鈣、等粉塵顆粒物；

 

低沸點(diǎn)物質(zhì)：沸點(diǎn)低于40℃以下的物質(zhì)(C4以下的烷烴、烯烴、鹵代烴等)

 

高沸點(diǎn)物質(zhì)：沸點(diǎn)在170℃~220℃的部分物質(zhì)(三甲苯、乙二醇丁醚、丙二醇、乙二醇、DOTP、NMP、DMSO、DEF、丁內酯等)

 

沸石固定床的現場(chǎng)應用

 

1.沸石固定床可應用于大風(fēng)量低濃度連續或間歇生產(chǎn)工藝；濃度不大于150~200mg/m³；

 

2.對于廢氣中含有易聚合的物質(zhì)苯乙烯、大分子高沸點(diǎn)無(wú)種子，丙酮等；

 

3.連續性生產(chǎn)的UV膠印、絲網(wǎng)印刷、單凹印刷大風(fēng)量低濃度，均可應用；

 

4.對于汽車(chē)噴涂、家具噴漆、模具噴漆等大風(fēng)量等間歇生產(chǎn)均可應用；

 

5.能耗相對來(lái)說(shuō)比較低，在平時(shí)工作過(guò)程中，一直處于吸附狀態(tài)到脫附時(shí)間后才進(jìn)行脫附。

 

（文章來(lái)源：VOCs課堂）